[發(fā)明專利]一種基于改進層次聚類的變壓器故障診斷方法

在審

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• 申請日: 2017-03-15
• 公開（公告）號: CN106932184A
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發(fā)明（設計）人: 李敏;陳果;石同春;沈大千;秦少鵬;向天堂;鄧權(quán)倫;羅宇昆;高翔;陳大浩
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)四川省電力公司廣安供電公司;國家電網(wǎng)公司
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00;G06K9/62
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙)51220
• 代理人: 馮龍

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及變壓器故障診斷領域，具體地，涉及一種基于改進層次聚類的變壓器故障診斷方法。

背景技術(shù)

變壓器是電網(wǎng)中最重要且貴重的電氣設備之一，其運行狀態(tài)的安全與否直接關(guān)系到整個電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。變壓器在運行過程中，受到各種過電壓，大電流的沖擊影響，將導致的繞組鐵芯等部件的松動，伴隨絕緣老化、劣化，必然會引起一些故障的出現(xiàn)。從國內(nèi)外關(guān)于變壓器故障的統(tǒng)計分析得出：因繞組變形、繞組和鐵芯壓緊松動等引起的機械故障是變壓器故障的主要組成部分。因此，為了保證電網(wǎng)安全運行，十分有必要對變壓器繞組及鐵芯的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷方法進行研究。

目前，變壓器繞組變形檢測方法有短路阻抗法、頻率響應法、低壓脈沖法和振動分析法。其中，振動分析法通過分析變壓器箱體表面的振動信號來監(jiān)測繞組和鐵芯的狀況。振動法檢測變壓器靈敏度高、安全可靠，在線監(jiān)測時整個監(jiān)測系統(tǒng)與電力系統(tǒng)無電氣連接，在檢測變壓器繞組和鐵芯的狀態(tài)時表現(xiàn)出良好的性能。振動檢測法的關(guān)鍵在于如何從振動信號中有效提取特征信息，建立振動特征與故障的對應關(guān)系。變壓器振動信號屬于非線性非平穩(wěn)信號，且含有大量噪聲，采用傳統(tǒng)的快速傅里葉變換進行振動信號分析會產(chǎn)生較大的誤差，不能真實準確地表征變壓器振動的自然特征。小波分析可對變壓器振動信號進行時域和頻域綜合分析，能有效在線診斷變壓器機械故障。但其在高頻頻段其頻率分辨率較差，而在低頻頻段其時間分辨率較差，對非線性信號有局限性。希爾伯特-黃分析方法是一種全新的分解方法，可以根據(jù)被分析信號本身的特點，自適應地選擇頻帶，確定信號的不同頻帶的分辨率。因此，消除了小波分析的模糊和不清晰，比較適合變壓器振動信號的特點。

層次聚類分析是對給定的數(shù)據(jù)對象進行層次的分類，直到滿足條件為止。層次聚類分析算法具有距離和規(guī)則的相似度容易定義，不需要預先制定聚類數(shù)，層次結(jié)構(gòu)清晰等優(yōu)點，但其在每合并完一個類后，就必須重新計算合并后的類間距離。這對于大量數(shù)據(jù)集合來說，計算量驚人，運行時間長。

綜上所述，本申請發(fā)明人在實現(xiàn)本申請發(fā)明技術(shù)方案的過程中，發(fā)現(xiàn)上述技術(shù)至少存在如下技術(shù)問題：

在現(xiàn)有技術(shù)中，現(xiàn)有的變壓器故障診斷方法采用傳統(tǒng)的層次聚類分析，存在計算量大，運行時間長的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種基于改進層次聚類的變壓器故障診斷方法，解決了現(xiàn)有的變壓器故障診斷方法采用傳統(tǒng)的層次聚類分析，存在計算量大，運行時間長的技術(shù)問題，實現(xiàn)了對變壓器故障狀態(tài)的快速有效診斷的技術(shù)效果。

其中，本申請中的變壓器故障診斷方法，將傳統(tǒng)的層次聚類分析可進為將對象合并后不重新計算距離，而是直接利用初始距離矩陣的數(shù)據(jù)，節(jié)省大量的計算時間，從而提高對象合并速度。

為解決上述技術(shù)問題，本申請?zhí)峁┝艘环N基于改進層次聚類的變壓器故障診斷方法，包括步驟：

S100：建立變壓器振動信號采集系統(tǒng)，如圖2所示。對變壓器每相繞組對應的箱壁中部、底部以及箱壁側(cè)面位置進行采樣數(shù)據(jù)，以獲取不同狀態(tài)下變壓器振動信號；

S200：通過希爾伯特-黃變換中集合經(jīng)驗模式分解(EEMD)方法提取變壓器振動信號的特征向量；

S300：計算任意兩個特征值對象之間的距離d(i,j)；

S400：存儲在一維數(shù)組d中，并對一維數(shù)組d按升冪的次序進行排序；

S500：對d中的當前元素，首先判定這兩個對象是否已合并成一類，如果沒有，就將這兩個對象合成一個類，如果其中一個已被合并到某一類，則將另一個也合并到那個類中。如果它們已分別被合并到兩個不同的類，則將它們所在的那兩個類合并成一個類；

S600：取d中的下一個元素，重復S500，直到數(shù)組d中所有的元素處理完畢；

S700：層次分類完成，確定測試變壓器所處的狀態(tài)。

在所述步驟S100中，變壓器振動信號采集系統(tǒng)，具體包括步驟：

變壓器振動信號采集系統(tǒng)包括加速度傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、計算機。采集數(shù)據(jù)時，將3個ICP型加速度振動傳感器(靈敏度為100mV/g)經(jīng)永磁體固定在高壓側(cè)箱壁，即每相繞組對應的箱壁中部、底部以及箱壁側(cè)面位置進行采樣數(shù)據(jù)。振動數(shù)據(jù)采樣頻率為25.6kHz。

在所述步驟S200中，通過希爾伯特-黃變換方法處理試驗所得的變壓器振動信號，具體包括步驟：